3d-принтер AJP (система аэрозольной струйной печати)

  • автор:

Ученые создали новый недорогой 3d-принтер AJP для создания гибридной электроники

Исследователи из Техасского университета в Эль-Пасо (UTEP) разработали новую недорогую систему аэрозольной струйной печати (AJP), которая позволяет изготавливать гибридные электронные устройства.

Трехмерный принтер ученых стоимостью всего 12000 долларов основан на 32-битном микроконтроллере (MCU), который позволяет ему подключаться к периферийным устройствам, которые дают ему расширенные возможности создания рисунков. Используя свою гибкую функциональность, машина может наносить электронные чернила на сложные конструкции, что потенциально делает ее более доступным методом изготовления электроники в исследовательских, опытных и образовательных целях.

Ученые использовали компоненты на общую сумму 12000 долларов для создания своего недорогого 3D-принтера AJP. Фото из журнала «Аддитивное производство».

Делаем AJP более доступным

Системы цифрового управления движением представляют собой основной компонент многих 3D-принтеров, причем не только в установках AJP, но и в системах FFF, струйной печати материалов и ламинирования листов. По сути, устройства используются для ориентации инструментальных головок системы во время печати, и преобладание недорогих микроконтроллеров в FFF стало ключом к внедрению технологии в лабораториях, производственных помещениях и академических учреждениях.

Однако доступные системы управления движением традиционно были ограничены из-за низкой точности, что делало их менее полезными в машинах AJP, которые работают в диапазоне 10–100 мкм. Микроконтроллеры AJP также должны быть способны к обширной многозадачности для создания коммерческой стандартной электроники, что часто требует включения дорогостоящего усиленного оборудования.

Более того, высокопроизводительные микроконтроллеры часто создаются с использованием проприетарного программного обеспечения, что ограничивает возможности владельцев настраивать свои машины для конкретных приложений. В попытке сделать AJP более доступным, ученые UTEP разработали более дешевую архитектуру вместе с поддерживающей операционной системой реального времени (RTOS), которая способна решать несколько задач в движении.

Бюджетная печать AJP

Из-за его конкурентоспособных характеристик команда решила использовать микроконтроллер Texas Instruments Cortex-M4F за 40 долларов в качестве основы для своей новой машины. Обладая встроенным передатчиком UART и схемными интерфейсами (I2C), микроконтроллер обладал достаточной емкостью для управления принтером, одновременно синхронизируя периферийные устройства с его системой управления движением.

MCU был встроен в специальный принтер AJP, отличающийся 3-осевой моторной платформой, а также релейным модулем, механической заслонкой и ультразвуковым распылителем для распыления чернил. Чтобы предоставить своей системе возможности высокоскоростной обработки, команда затем использовала приложение FreeRTOS для создания ОС, которая разбила свои операции на простые задачи, сделав их управляемыми и модульными.

После того, как ученые усовершенствовали свой алгоритм и собрали свою систему, они вооружили ее серебряными чернилами и изготовили серию симметричных узоров. Пройдя блестящие начальные испытания, исследователи продолжили оценку пригодности своей машины для более требовательных приложений, поместив проводящее серебро в «змеевиковый» резистор.

Получившийся в результате детектор обладал функцией измерения температуры и оказался способным обеспечить точное считывание во время оценки как нагрева, так и охлаждения. Однако, хотя машина команды смогла достичь разрешения печати 50 мкм, некоторые из их более сложных тестовых объектов показали растекание чернил, и они предположили, что это можно исправить, добавив нагретый слой для большего контроля над скоростью осаждения.

Скорость шага машины AJP ученых также была выше, чем у недорогих систем FFF, но оставалась медленнее, чем у многих высокопроизводительных принтеров. Чтобы исправить это, команда предположила, что их подход может быть дополнительно оптимизирован за счет обновления их алгоритма, и определила конкретные возможности для улучшения в критических по времени частях, таких как заслонка их машины.

В ближайшем будущем инженеры также намерены сделать точные спецификации своего недорогого 3D-принтера AJP общедоступным через GitHub , чтобы сделать его возможности электронной 3D-печати доступными как можно большему количеству пользователей. А пока краткое описание пользовательской системы можно найти ниже.

Технические характеристики

Разрешение печати       50 мкм

Чернила / зависит от параметров

Скорость печати 20 мм / с (При размере шага ~ 0,5 мкм)

Частота пульса    30 кГц (По оси, двунаправленный XY)

Функции безопасности Тревожная кнопка (Мягкое / контролируемое прерывание)

Поддерживаемые файлы       RS-274 Gcode (Внедрены специальные коды M)

Пользовательские команды MCU (Возможны программные траектории)

Электронные приложения AJP

Во время AJP практически возможно распыление проводящих чернил на 2D или 3D поверхности, что делает его идеальным для производства печатных плат и бытовых электронных устройств.

Компания Optomec из Альбукерке является своего рода специалистом в этой области и недавно выпустила свой 3D-принтер Aerosol Jet HD2, специально разработанный для создания печатных плат 5G. В других местах технология компании также была установлена Samsung Electronics в качестве средства ускорения процесса производства электроники.

В более экспериментальном плане исследователи из Университета Карнеги-Меллона получили 1,95 миллиона долларов на разработку нового класса нейронных зондов, напечатанных на 3D-принтере AJP. В рамках своего проекта команда стремится создать недорогой воспроизводимый метод изготовления мозговых имплантатов с возможностями неврологического мониторинга.

Точно так же ученые из Технологического института Джорджии и Университета Ханьян разработали новый биосенсор для мониторинга крови, напечатанный на 3D-принтере AJP. Эластичная электронная система имеет низкопрофильный дизайн, не требующий схем, что позволяет использовать ее в качестве средства для определения методов лечения аневризмы головного мозга.

Выводы исследователей подробно изложены в их статье «Разработка программного обеспечения для модульного управления движением для поддержки универсальной и недорогой платформы аэрозольных струй для печатной электроники» . Соавторами исследования выступили Алехандро Мартинес-Акоста, Ребекка Р. Тафойя, Стелла А. Хинонес и Итан Б. Секор из Техасского университета в Эль-Пасо, Национальных лабораторий Сандии и Университета штата Айова.

по материалам 3dprintingindustry.com

Ознакомиться с нашими книгами по 3д-печати можно в интернет-магазине https://ad-ma.ru/magazin/  здесь

Все новости в наших группах: https://vk.com/3d.adma (вконтакте), и https://www.facebook.com/groups/3d.adma/ (facebook)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *